Деформирующий инструмент пилигримового стана

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к трубопрокатному производству, и может быть использовано для продольной прокатки труб. Целью изобретения является повышение качества прокатываемых труб. Деформирующий инструмент включает пилигримовые валки и оправку, форма образующих которых определяется аналитическим соотношением. Обжимная зона валков и оправки разбита на два участка длиной 0,3-0,4 и 0,6-0,7 от общей длины соответственно. Шероховатость первого участка на валках на один класс R<SB POS="POST">A</SB> больше, чем шероховатость второго участка. Шероховатость участков оправки выполнена соответственно по классу на один - два R<SB POS="POST">A</SB> меньше, чем шероховатость первого участка валка, и на один класс R<SB POS="POST">A</SB> меньше, чем второго участка валка. Высота выступов на одноименных участках лежит в пределах отношения перепадов радиусов гребня ручья и оправки в одном сечении. Профиль образующих обжимной зоны валка и оправки определяется аналитическим выражением. Инструмент позволяет повысить качество прокатываемых труб за счет выравнивания условий формоизменения. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО))ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

A t

„„SU„„147?489

<Д11 ) В 21 В 21/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБАТЕ ЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

1 с сс 11

L. a

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4266863/31-02 (22) 23.06.87 (46) 07.05.89. Бюл. )11 17 (7!) Днепропетровский металлургический институт им . Л. И. Брежнева (72) В. В. Кириченко, )0, М. Беликов, И. И. Обух-Швец, А. А. Лисовский, Е. Г. Алексеенко, А. И. Фельдман, . Б. П. Цуциев, В. Д. Воевода и Г. В. Иишин (53) 621.774.07(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

)11 880524, кл. В 21 В 21/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

))1 733749, кл. В 21 В 21/00, 1977. (54) ДЕФОРМИРУЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ПИЛИГРИИОВОГО СТАНА (57) Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к трубопрокатному производству, и может быть использовано для продольной прдкатки труб. Целью изобретения является повышение качества прокатываемых труб. Деформирующий инструмент

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к трубопрокатному производству, и может быть использовано для продольной прокатки труб.

Целью изобретения является повышение качества прокатываемих труб. На фиг. l изображены к риволинейные образующие оправки 1 и гребня ручья 2, обозначенные соответственно в произвольных идентичных сечениях точками, отстоящими ot оси оправ ки на расстояниях у,, „ (R „) включает пилигримовые валки и оправку, форма обраэуюших которых определяется аналитич еским соотн«шением.

Обжимная зона валков и оправки разбита на два участка длиной 0,3-0,4 и

0,6-0, 7 от общей длины соо тветственно. Шероховатость первого участка на валках на один класс R больше, чем шероховатость второго участка ° Нероховатость участков оправки выполнена соответственно по классу на один— два R меньше, чем шероховатость первого участка валка, и на один класс

R меньше, чем второго участка валка.

Высота выступов на одноименных участь ках лежит в пределах отношения пере<О падов радиусов гребня ручья и оправки в одном сечении. Профиль образующих обжимной зоны вапка и оправки .определяется аналитическим выражени- С ем. Инструмент позволяет повысить каа честно прокатываемых труб эа счет выравнивания условий формоизменения.

) з.п ° ф-лы, 3 ил.

4ь

4:ь

Криволинейные образующие оправки ) и

ОО и гребня ручья 2 имеют общую одинаковую длину их обшей осН 1,, „, равную дпине обжимной эоны, Длины дуг образующих 1 (S ) и 2 (S ) ограничены отрезками (радиусами), разграничивающими последовательно расположенные зоны редуцирования (с длин и L<) и обжатия —.у, (r „), у,,„(R„), а также зоны обжатия (с длиной L ) и калибрования (с длин«й L,) — y „, (r „), . у (Й ) . Обраэую1яи» l и ." .разбиты

20 0 каждая на лва учао к,1 -..1л1п;.ми 1 О, =

1477689 р» (0е3 0е )1 »» 1 о2 1 г — (0,60,7)L тлк, что отношение ллин дуг»»ервых учлстков опрлвки (S а,) и гребня ручья (S ) рлвно отношению

Г» 5 ,пл»»н дуг их вторых участков (S „ и

S; ) ° При этом соблюдак тся соотношения

S o» S о2 г» 8 1

1О

1а» 1о2

1 о2 1»»6à (2) 15

Соотношение (2), записанное для длин 1а„, 1 ат участков оправки, справедливо и для идентичнъ»х участков

ГРЕбия руЧЬя 1 „, 1 г2 И ОПрЕдЕЛяЕт эти участки, KBK соответствующие в 20 общем случае (для средних значений укаэанных пределов) пропорциям так называемого золотого сечения, которое является основньи признаком рационального разбиения отрезков, обес- 25 печивающим гармоничное соответствие (пропорцию / целого) общей длины зоны обжатия L об1 1 ое и частей (длин участков 1, н 1 2), а кроме того пропорциональность соотношений g0 всеМ характеристик этих частей »длин дуг кривьм, площадей поверхностей одноыченнь»х участков).

Отношения площадей поверхностей

Участков опРавки (F а,, Ро2) и гребнЯ (F,, F „,), аппроксимированные в виде усеченньм конусов с граничньии точками, определенными отрезками (РаД»»УсаМИ) У,а»(Гор) И У Са2 (Rc,p) ° опреде61яются иэ выражений

1»l < (f» + у ср» ) T к + гаР у 2„у«R„+ Rcp (3) 45

F а.» е

62! гсг + га т аФ вЂ” — т

РРг 2

R cp+ Re (4) На фнг. 2 показано распределение 50 шероховатости рельефа по участкам гребня 2 оправки 1, а также на их -. одно»венных участках. Яа участке 1, гребня 1 шероховатость соответствует пятому (R 2 = 1Π— 20 мкм) - »»»естому 55 классу (R а, = 1,25 — 2,5 мкм), на участке 1 — седьмому — восьмому классу (R 0,63-1,25 мкм). На участке 1, опрлвки шерох< влтость рляьефл соответствует 7-8 кллссу (R a = 0 32

У

1,25 мки), а нл втором ее учлстке

8-9 классу (R 0,16-0,63). Ооотношение размеров. рельефа показано иа фиг. 3. Шероховатость рельефа поверхностей первых участков на один класс

R áîëüøå, чем у вторых. 01ероховатость поверхности гребня ручья в целом на 1-2 класса R „больше, чем ше.роховатость оправки на первом участке, и на один класс R — на втордм .

Перепад высот выступов шероховатости рельефа на первом участке находится в пределах отношения перепада радиусов гребня и оправки на этом участке: (4 Ra) (4Ка1, (s) Rcp Ro гс - г, наибольшие (конечные при расчете) значения радиусов на границах первьм участков ручья и оправки; средние (промежуточные) значения радиусов на границах участков ручья и оправки, наименьшие (исходные, нулевые при расчете) радиусы на границе обжимной зоны (окончаиие вторых участков); перепад высот выступов шероховатости рельефа на первом и втором учаетках гребня ручья; перепад высот выступов шероховатости рельефа на первом и втором участках оправки. где R<, г.„ ср г аа

R»» г о (4Rä) ю (41 »)2 ()» ()2Значения перепадов высот рельефа

R и Жа зависят от радиусов инструмента, .определяемых суммарньи обжатиаи по маршруту, видам исходной зависимой образующей оправки пли гребня ручья. Разброс. высот рельефа на участке .пропорционален отношению перепадов радиусов инструмента независимо от класса шероховатости поверхностей ручья.и оправки на этом участке.

Указанная пропорциональность сохраня1677Л8!! (7) S, » р,. н (6)

15 где S — шаг неровностей рельефа;

Н вЂ” высота выступов;

Š— модуль упругости материала инструмента; 20 — среднее давление на контакте;

) ЬД вЂ” предел текучести деформируемого материала;

К, — коэффициент концентрации 25. напряжений.

Равномерное изменение однородности рельефа от участка к участку пропорционально перепаду радиусов на границах участков совместно с малой KQH- 30 центрацией напряжений (К,) вследствие неострых впадин рельефа обеспечит . наибольшую неоднородность контактного взаимодействия инструмента и saготовки.

Меньший разброс нысот рельефа означает большую его однородность, а поскольку радиусы закруглений впадин также, становятся более однородньии, то и распределение концентрации 40 напряжений в поверхностном слое — более равномерным. Равнонапряженно"ть улучшает стойкость поверхности и ее эксплуатационные характеристики.

Соответствие между степенью равно- 45 мерности деформации и равнонапряженности контактных поверхностей определяется таким образом .связью параметров образующих и рельефа их повер.хности

При равной общей деформации и раз.личном сочетании обжатий стенки и ди" аметра наименьшая твердость, в значительной мере определяющая остаточные напряжения в металле, и неравномерность ее распределения получены в случае даже хотя бы примерного равенства отношения относительных деформаций диаметра и толщины стенки.

dr» = m fI„(t у,). (9) tg K» = (y, (x)J

tg g» (у (х)) (10) !

Подставим значения dt „и hr (М z) из выражений (9) и (10) с учетом ра» ненстна (S) в соотношение (8) ° ется и поддерживается длительное время в процессе эксплуатации инструмента. Более того, во избежав!1е концептраторов напряжений и образования ус5 талостных Tppl!IHII в материале предпоч— тителен рельеф грубый, поскольку радиусы закругления его впадин намного больше. Выбор рельефа для условий пластической деформации на каждом участке может быть выполнен по условию

Услон1!е fin; тонl!ства от!!Оше!!!!я От н1 сительн< гo Обжатия по диаметру к

О THOC ИТ ЕЛЬ НОМУ О бжл TIIIo ПО ТОЛШИНе стенки в каждом мгновенном очаге деформации пс длине эоны Обжатия (определенной гра!!!1пам!! криволинейных образующих оправки и гребня ручья) имеет нид

Лсх, ddy

const = p к dx где dx, d t „ — величины изменения диаметра (радиуса) и толщ!ьны стенки меж« ду любым предыдущим (начальным) и рассматриваемым сечениями соответственно;.

d „.(r„) х диаметр (радиус) и толщина стенки деформируемой заготовки н

I рассматриваемом сечении.

Изменения частичных деформаций стенки а „ и радиуса (диаметра)

dr»(дд „) могут быть выражены через геометрические параметры гребня ручья и образую1цей Оправки

dt„= m 11„(tg,tg d„); (8) где m !» „" линейное смещение (произведение подачи на текущий коэффициент вытяжки);

tg т, — тангенс угла наклона ка-. сательной к профилю гребня ручья (конусность гребня ручья н сечении х);

tg.I». „ — тангенс угла наклона касательной к образующей оправки (конусность опранки н сечении х).

Поскольку тангенс угла наклона касательной к графику функции в,любой точке равен первой производной этой функции, то слранедлива замена переменньм

1477489! сопя t (11) 5

У!о Rr "г1

У to = R!-1 (18) 10 (12) У,(x,) = у, У, (х„) у,„;

У (х ) = у уу (xk) = у« . (20) (21) tx

У«Уух где у » у«

)to

У1е У »

p — У 1» У н

1п—

У!1 уь (23), 50 п„и п (24) хру х н

У ào — Ую (у„) " у î у!р

) i» У!н

После сокращения на m и,и замены в правой части (12) p const полу(чею (() ()У, (У,(х)3

: — гтВыполним преобразования, необхо- 15 димые для получения зависимости меж,ду у, (х) и у (х) (1п (у (х) J !(х) J ) ((1п у (х)! (13}1 20

1n (У (х) - У,(х)) р 1п у,(х) + e (14) у (х) — у (х) С (у, (х)3 (1 5) а. 25 у (х) у„(х). + С (y,(хЦ (16) Анализ полученного выражения (16) показывает, что кривые у < и у, од- 30 нозначно удовлетворяющие условию (7) постоянства относительных частньм деформаций будут иметь различные показатели степеней и, и и при задании одного из них, например, в виде 35 у (х) g + (У У вЂ” наименьшие и наибольщие значения радиусов на граничных точках образующей оправки и ,профиля гребня ручья соответственно; — координата текущего рассматриваемого сечения в точке у,(х) или

У (х) 1 — показатели степени верхней и нижней крив ьм;

- численно заданные абсциссы крайних точек х кривьм при — * 0 и

Ь х — 1 соответственно.

Значения радиусов на крайних точках.кривых у, и у определены по данным конкретного маршрута прокатки иэ соотношений

y f» (R s — ts) " (2,5-3,2 мм);

y« = у,„+ (1,08 ч 1,1)t,.

Здесь (2,5 — 3,5 мм) — половина входного зазора между внутренней поверхностью заготовки и цилиндрической частью оправки у ее большего диаметра (1,07 — 1,1)t 3 — значение стенки заготовки с учетом утолщения.

Определение постоянных с и р произведем для крайних точек х и х ь к

Получим выражение для крайних точек (Ую ), У ао Уто ° р р . с(у ц) у!» у » °

Разделив (11) на (21), получим ф

Преобразовав (20) и (21), заменяя на (23), получим с с

У zo У!о (у„)

Или, окончательно

77489

У » y » (25) ж ° У ° (У к) У2» У »

1n—

° уело у к (26) У 2к У2о

У к Уи

У2К У к или у2 у <о

У 2к У к (у„, )

У йо У

y «yi» !

1п

1»

Поскольку значения радиусов на граничных конечных точках у 2„и y,„ являются варьируемыми, как следует из соотношений ()8), то для маршрутов прокатки с близкими суммарными обжатиями стенки (8t) и диаметра (ЛВ ) значения крайних точек у „, у „, у о, у2„могут быть выбраны из соотношения из прямой пропорциональности

При соблюдении условия (26) показатель степени p- =1, а определение величины с существенно упрощается.

Для того, чтобы инструмент обеспечивал постоянство соотношения относительных частных деформаций диаметра и стенки по длине обжимной зоны, фактические размеры гребня ручья и оправки должны выбираться из соотношения (10) . Условие (7) подобия (кратности) или равенства обжатий радиуса (диаметра) и стенки для реальных маршрутов может быть выполнено, если йривести в соответствие по формулам (16) и (26) заданные граничные размеры заготовки и готовой трубы в зоне гачала деформации на оправке с параметрами известного (эаданного) профиля одного иэ инструментов (гребня ручья или образующей оправки). Повышение равномерности формоиэменения в зоне обжатия за счет предложенного соответствия криволинейных профиля развертки гребня и образующей оправки позволяет уменьшить на 25 — 65X длину зоны редуцирования и тем самым повысить равномерность обжатия в очаге деформации.

Для любой формы гребня или образук цей оправки вторая линия — соответствеино образующая оправки илн гребень ручья, определяемые нэ .соотношения (10), обеспечивают при прокатке постоянство (илн равенство) соотноше10 ния относительных частных деформаций по длине эоны обжатия.

Пеформирующий инструмент позволяет эа счет выравнивания условий формоизмененля металла между рабочими поверхностями ручья и оправки, повышения однородности распределения частных относительных деформаций стенки и диаметра, условий контактного взаимодействия трубы и инструмента повысить выход годного, значительно интенсифи цировать режимы прокатки и повысить качество прокатываемых труб.

Формула изобрете ния

1. Деформирующий инструмент лили рнмового стана, включающий пилигримо ые ручьевые валки и оправку, рабочие юверхности которых имеют зоны редуцирования, обжатня H калибрования с криволинейными образующими гребня ру чья валков и оправки в зоне обжатия и с параметрами их поверхностей, связанными общим соотношением., о тличающийся тем, что, сцелью повышения качества прокатываемых труб, начальный участок зоны обжатия на валках протяженностью 0,3-0,4 ее длины выполнен с шероховатостью на один класс R больше, чем шероховатость следующего за ним участка, протяженностью 0,6-0,7 длины зоны обжа« тия,.а шероховатость начального уча стка оправки выполнена по классу на один — paa R <меньше, чем шероховатость начального участка валка, а следующего участка оправки на один класс R,„ „меньше, чем на соответствующем участке валка, при этом высота. выступов шероховатости на одноименных участках лежит в пределах отйошения перепадов радиусов гребня ручья

45 и оправки в одном сечении на границах этих участков и радиусы в одноименных сечениях этих участков связаны соотношением у (х) = y, (х) + с х,(x)) уу э у у, (x), у (х) — тек ущие радиусы крививЂ

1 линейных образующих оправки и гребня ручья в одноименных сечениях;

У У „, — начальные радиусы .об к разующих гребня ручья и оправки в начале обжимной зоны;

- конечные радиусы криволинейных образующих

12 гребня ручья и оправки в конце обжимной зоны.

2. Инструмент по п. о т л и—

° ф ч ающий с я тем, что радиусы криволинейных образующих оправки и гребня ручья в граничных начальных и конечных точках участков связаны соо тношением у йк уio у „у1о

Фиг.2

) 4)14ЯЧ

Я„ин

2,5

2,0

1,6

Я15

0g

0И

05 Щ (f37

01

016

О!2ю

01 оав

R""у рейя и orrpuAu

Составитель А. Фролов

Редактор Л. Гратиало Техред -А.Кравчук Корректор М. Васильевя

Заказ 2191/12 Тираж 460 Подписное

ВНИИПИ Го ударственного комитета ло изобретениям и-откр .отк ытиям прн ГКНТ СССР с ю ° °

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/.

Производственно-издательский комбинат Патент, г. р

И г. Ужго ол, ул. Гагарина,101